단백질에서의 정보 전달법

세포 내에서 이뤄지는 Cell signaling은 아래와 같다.

1. contract-dependent, B Cell처럼 직접 타게팅하는 것

2. paracrine, cell이 signaling 하는 중간 매개체를 사용하는 것

3. synaptic, 뉴런 시냅스 마냥 시냅스로 타겟 세포에게 신호를 주는 것

4. endocrine, endocrine cell이 호르몬을 혈액으로 이동시켜 호르몬으로 신호를 주는 것이 있다.

분자의 receptor 같은 경우, 친수성 분자들은 세포막을 뚫지 못하기 때문에 receptor가 필요하고, receptor가 없는 소수성 분자들은 세포막이 뚫기가 가능하며 carrier가 필요하며 이에 대한 예시로 물에 녹지 않는 스테로이드 호르몬 혈액이 있다.

이들은 핵막으로 진입시 nuclear receptor가 필요하며 이는 다시 DNA binding domain으로 아연 핑거를 보유하게 된다.

따라서, cell들은 신호에 따라 분화, 변화, 사멸, 생존이 가능한 것이다.

신호를 받는 순서는 다음과 같다.

1. reception, 화학 신호(신호 분자)가 세포 단백질 또는 세포 표면에 소수성 결합을 하는 것

2. transduction, signal transduction pathway로 수용체가 변화되는 것

3. response,특정 세포 활동이 촉발되며 신호 반응으로 세포가 핵에서 세포질 또는 전사 활동이 조절되는 것이다.

세포의 Tool은 아래와 같다.

1. receptor, 리간드 형태에서 정보를 받는 것

2. transducer, 정보를 토스하고 효소 활성화 능력으로 단백질들을 변화시키는 것

3. adapter, 화학 반응이 없고, transducer 접근성이 변화하는 것

4. scaffold, 구조성을 제공하며 빠르게 불리한 이벤트를 허용하는 것

5. effector, 종료 이벤트를 수행하는 것으로 끝이 난다.

이렇게 세포들끼리의 신호 전달을 확인하였고, 이제는 단백질 간 정보 전달법을 확인해본다.

이들은, 저번 글에서 간략하게 썼던, PTM(Post-translational modification)과 SSM(soluble second messenger)가 있다.

PTM은 인산회로의 획인으로 단백질의 활성이나 위치 변화에 중요한데, 인산화 대표로 고에너지 결합으로 반응성이 높으며, 이에 대한 에시로 protein kinase(PO4-, phosphate)가 있다.

이는 Protein-OH+ATP -> protein-O-Phosphate+ADP 가 되는 것이다.

2차 전령(second messenger, SM)는 단백질 활동과 위치를 변화시키는 데, 메신저가 이동성과 안정성을 가지고 있어야하며, 자체 네트워크를 가지고 있어야한다.

칼슘 채널에서는 칼슘이 tyr kinase에서 2번째 메신저로 사용된다.

신호 전달 단백질 능력은 domain이다.

단백질간 상호작용과 기질, 상류에서 조절등 특정 단백질 도메인에 의해 매개되기 때문이다.

이렇게 단백질간 상호작용을 확인하려면 허브 단백질과 연관된 단백질을 찾고 타 단백질의 기능을 유추가 가능하다.

이를 통해 단백질의 Complex나 pathway를 확인하며 단백질의 기능을 확인해 drug의 목표를 잡고 수정과 search가 가능해진다.

단백질-단백질 상호작용 종류는 protein-protein으로 1:1 상호작용, Co-localization으로 2개 이상 특정부위에서만 발현 시키는 것, N-ary interaction complex로 association complex로 SAM, TOM complex와 scffolding protein으로 한 단백질이 여러 개 붙어 신호를 주는 것이 있다.

따라서, 기능으로 대사와 신호의 pathway로 일하며, 단백질 기능 그룹이 동일한 세포 기능에 참여하는 pathway와 샤페론으로 일하게 된다.

이런 단백질 상호작용의 확인법으로는 효소, 레이저로 반사각도를 확인하는 SPR, X-ray crystallography가 있다.

방법으로는 co-immunoprecipitation으로 복제 발현이 빠르지만, 컬럼에서 항원 항체 교차 반응이 일어나는 것과 pull down assay는 단백질이 약해도 가능하지만, 실험실 내에서 복합체 조립이 힘든 것, Yeast two-hybird system으로 생화학 정제가 아닌 고감도 검출과 안정성이 뒤떨어지는 것, Fluorescence resonace energy transfer(FRET)로 쉽게 찾는 방법들이 있다.

CO-IP 같은 경우, 타겟 단백질과 서로 상호작용하는 단백질이 항체에 붙어서 침전된 후, 해당 단백질이 기능에 관련된 단백질이라 가정하고 항원(단백질)에 대한 항체가 대항에 얻은 것이라는 것을 밝히는 것이 필요하다.

따라서 항체가 2개 이상 필요하며, 항체와 단백질의 사이즈가 달라야하며 IP, IB로 heavy chain과 light chain을 확인해야한다.

pull down assays 는 단백질을 정제해서 fusion 단백질을 만드는 것으로 tag 또는 label 바인딩을 사용한다.

far western analysis는 2차원적으로 하지만 요즘 시대에서는 잘 쓰지 않는 방법인데, SDS-PAGE로 특정한 시퀀스를 인식하는 것이다.

protein array는 단백질을 모조리 깔아놓고 complex 될 시에 형광을 발현시키는 것이라 가격이 매우 비싸다.

요즘에 각광받는 것으로 효모를 이용한 Y2H system인데, 이는 진핵세포의 전사를 도와주는 단백질로 DBD, 전사인자를 활용하는 것이다.

목표 유전자인 운반체로 DNA 결합 유전자와 파트너 유전자를 사용하는 것인데 낚시 운반체로 DBD와 목표단백질, 먹이 운반체로 파트너 단백질과 전사 단백질을 사용한다.

따라서, 목표 단백질이 파트너 단백질에 붙는다면, DBD+목표 단백질과 파트너 단백질+전사 단백질이 된다.

이후 보고 유전자(reporter gene)인 LacZ 또는 형광 유전자로 사용해 확인한다.

FRET는 단백질마다 고유 파장을 흡수, 방출하는 것으로 GFP를 사용해 상호작용 되는 지 안되는 지 확인하는 것이며 protein-DNA interaction(EMSA)는 DNA와 protein의 무게차로 DNA보다 protein과 같이 내려오는 DNA가 무거운 것을 이용한 방법이 있다.